Mikrokontrolér vs plc: podrobné porovnanie

Nástup Arduina a mnohých ďalších dosiek založených na mikrokontroléroch v poslednej dobe zvýšil záujem o vstavané systémy a otvoril svet mikrokontrolérov značnému počtu. To nielen zvýšilo počet používateľov mikrokontrolérov, ale tiež zvýšilo rozsah a aplikácie, v ktorých sa používajú. Preto sme sa za posledných pár článkov venovali niektorým kľúčovým témam, ktoré sú dôležité pre budovanie skvelých zariadení so zabudovaným systémom, ako napríklad; výber správneho mikrokontroléra pre váš projekt, výber medzi mikrokontrolérom a mikroprocesorom. V rovnakom duchu budem pre dnešný článok porovnávať mikrokontroléry s programovateľným logickým radičom (PLC).

Programovateľný logický ovládač

Programovateľný logický radič (PLC) je jednoducho pre špeciálne účel výpočtové zariadenia určené pre použitie v priemyselných riadiacich systémov a iných systémov, kde sa spoľahlivosť systému je vysoká.

Boli pôvodne vyvinuté ako náhrada pevne zapojených relé, sekvencií a časovačov používaných vo výrobnom procese v automatizačnom priemysle, dnes sa však rozšírili a používajú ich všetky druhy výrobných procesov vrátane liniek založených na robotoch. V dnešnej dobe pravdepodobne neexistuje jediná továreň na slovo, ktorá by nemala stroj alebo zariadenie bežiace na PLC. Hlavný dôvod ich širokého prijatia a použitia možno hlboko zakoreniť v ich robustnosti a schopnosti odolávať drsnému zaobchádzaniu / prostrediu spojenému s výrobou podláh. Sú tiež dobrým príkladom operačných systémov v reálnom čase pretože majú vysokú schopnosť produkovať výstupy na konkrétne vstupy vo veľmi krátkom časovom rámci, čo je kľúčová požiadavka pre priemyselné nastavenia, pretože druhé oneskorenie by mohlo narušiť celú operáciu.

Mikrokontroléry

Mikrokontroléry na druhej strane sú malé výpočtové zariadenia na jednom čipe, ktoré obsahujú jedno alebo viac procesorových jadier, s pamäťovými zariadeniami zabudovanými vedľa programovateľných vstupných a výstupných (I / O) portov na špeciálne účely a na všeobecné účely. Používajú sa vo všetkých druhoch každodenných zariadení, najmä v aplikáciách, kde je potrebné vykonávať iba konkrétne opakujúce sa úlohy. Spravidla sú holé a nemôžu sa používať ako samostatné zariadenia bez potrebných pripojení. Na rozdiel od PLC nemajú rozhrania ako displej a zabudované prepínače, pretože zvyčajne majú iba GPIO, ku ktorým je možné tieto komponenty pripojiť.

Dnešný tutoriál bude zameraný na porovnanie PLC a systémov mikrokontrolérov pod rôznymi hlavičkami, ktoré zahŕňajú;

1. Architektúra
2. Rozhrania
3. Výkon a spoľahlivosť
4. Požadovaná úroveň schopností
5. Programovanie
6. Aplikácie

1. Architektúra

Architektúra PLC:

PLC sa všeobecne dajú označiť ako mikrokontroléry na vysokej úrovni. Skladajú sa v zásade z procesorového modulu, napájacieho zdroja a I / O modulov. Procesorový modul sa skladá z centrálnej procesorovej jednotky (CPU) a pamäte. Okrem mikroprocesora obsahuje CPU aj minimálne rozhranie, cez ktoré ho možno programovať (USB, Ethernet alebo RS232) spolu s komunikačnými sieťami. Zdroj napájania je zvyčajne samostatný modul a I / O moduly sú oddelené od procesora. Typy I / O modulov zahŕňajú diskrétne (zapnutie / vypnutie), analógové (spojité premenné) a špeciálne moduly ako riadenie pohybu alebo vysokorýchlostné čítače. Prevádzkové prístroje sú pripojené k I / O modulom.

V závislosti na množstve I / O modulov, ktoré má PLC k dispozícii, môžu byť v rovnakom kryte ako PLC alebo v samostatnom kryte. Niektoré malé PLC nazývané nano / mikro PLC majú zvyčajne všetky svoje súčasti vrátane napájania, procesora atď. V rovnakom kryte.

Architektúra mikrokontroléra

Vyššie popísaná architektúra PLC je trochu podobná mikrokontrolérom, čo sa týka komponentov, ale mikrokontrolér implementuje všetko na jednom čipe, od CPU po I / O porty a rozhrania potrebné pre komunikáciu s vonkajším svetom. Architektúra mikrokontroléra je uvedená nižšie.

Príklad rebríkové logiky / schému na kódu založeného je uvedené vyššie. Zvyčajne vyzerá ako rebrík, ktorý je dôvodom jeho názvu. Tento zjednodušený vzhľad umožňuje veľmi ľahké programovanie PLC, takže ak môžete analyzovať schému, môžete programovať PLC.

Vzhľadom na nedávnu popularitu moderných programovacích jazykov na vysokej úrovni sa teraz PLC programujú pomocou týchto jazykov, ako sú C, C ++ a základné, ale všetky PLC sa všeobecne stále riadia priemyselným štandardom riadiacich systémov IEC 61131/3 a podporujú programovacie jazyky stanovené štandard, ktorý zahŕňa; Rebríkový diagram, štruktúrovaný text, diagram funkčných blokov, zoznam pokynov a postupný diagram.

Moderné PLC sa zvyčajne programujú pomocou aplikačného softvéru založeného na niektorom z vyššie spomenutých jazykov, ktoré bežia na počítači pripojenom k ​​PLC pomocou ktoréhokoľvek z rozhraní USB, Ethernet, RS232, RS-485, RS-422.

Mikrokontroléry sú na druhej strane programované pomocou nízkoúrovňových jazykov, ako sú napríklad montážne jazyky, alebo vysokoúrovňových jazykov, napríklad C a C ++. Zvyčajne to vyžaduje vysokú úroveň skúseností s používaným programovacím jazykom a všeobecné pochopenie princípov vývoja firmvéru. Programátori zvyčajne musia rozumieť konceptom ako dátové štruktúry a na vývoj veľmi dobrého firmvéru pre projekt je potrebné hlboké pochopenie architektúry mikrokontroléra.

Mikrokontroléry sa zvyčajne programujú aj pomocou aplikačného softvéru bežiaceho na počítači PC a sú k nim obvykle pripojené pomocou dodatočného hardvéru, ktorý sa zvyčajne nazýva programátor.

Prevádzka programov na PLC je však veľmi podobná činnosti mikrokontroléra. PLC používa vyhradený radič, vďaka čomu spracováva iba jeden program znovu a znovu. Jeden cyklus programu sa nazýva skenovanie a je to podobné ako pri mikrokontroléri prechádzajúcom slučkou.

Ďalej je uvedený prevádzkový cyklus programu bežiaceho na PLC.

6. Aplikácie

PLC sú primárne riadiace prvky používané v priemyselných riadiacich systémoch. Nachádzajú uplatnenie v riadení priemyselných strojov, dopravníkov, robotov a iných strojov na výrobu liniek. Používajú sa tiež v systémoch založených na SCADA a v systémoch, ktoré vyžadujú vysokú úroveň spoľahlivosti a schopnosti odolávať extrémnym podmienkam. Používajú sa v priemysle vrátane;

1. Systém kontinuálneho plnenia fliaš 2. Systém

miešania

šarží 3. Etapový klimatizačný systém

4. Ovládanie premávky

Mikrokontroléry na druhej strane nachádzajú uplatnenie v bežných elektronických zariadeniach. Sú hlavnými stavebnými kameňmi niekoľkých druhov spotrebnej elektroniky a inteligentných zariadení.

Výmena PLC v priemyselných aplikáciách za mikrokontroléry

Príchod ľahko použiteľných dosiek mikrokontrolérov zvýšil rozsah, v ktorom sa mikrokontroléry používajú, teraz sa prispôsobujú pre určité aplikácie, pre ktoré sa mikrokontroléry považovali za nevhodné, od mini DIY počítačov po niekoľko zložitých riadiacich systémov. To viedlo k otázkam, prečo sa mikroprocesory nepoužívajú namiesto PLC, hlavným argumentom sú náklady na PLC v porovnaní s nákladmi na mikrokontroléry. Je dôležité, aby sa bežné mikrokontroléry pred ich použitím v priemyselných aplikáciách museli urobiť ešte veľa.

Aj keď odpoveď možno nájsť z bodov, ktoré už boli spomenuté v tomto článku, stačí zdôrazniť dva kľúčové body.

1. Mikrokontroléry nie sú navrhnuté s takou robustnosťou a schopnosťou odolávať extrémnym podmienkam, ako sú PLC. Preto nie sú pripravení na priemyselné použitie.

2. Priemyselné snímače a akčné členy sú zvyčajne konštruované podľa normy IEC, ktorá je zvyčajne v rozsahu prúdu / napätia a rozhraní, ktoré nemusia byť priamo kompatibilné s mikrokontrolérmi a budú vyžadovať určitý druh podporného hardvéru, ktorý zvyšuje náklady.

Existujú aj ďalšie body, ale aby sme zostali v rozsahu tohto článku, mali by sme sa tu zastaviť.

Po zaokrúhlení nahor je každé z týchto ovládacích zariadení určené na použitie v určitých systémoch a mali by byť dobre zvážené pred rozhodnutím o najlepšom pre konkrétnu aplikáciu. Je dôležité si uvedomiť, že niektorí výrobcovia vyrábajú PLC založené na mikrokontroléroch, ako napríklad priemyselné štíty teraz vyrábajú PLC založené na Arduine zobrazené nižšie.